肠道微生物群影响嘌呤代谢，缓解结肠炎
导读：肠道微生物群在炎症性肠病(IBD)中扮演重要角色，可能有益于溃疡性结肠炎或克罗恩病的治疗。靶向肠道菌群可能是治疗IBD的一种新策略。大黄酸是大黄的主要成分之一，对某些疾病具有抗炎作用。江苏省中药药效与安全性评价重点实验室吴家伟等人在Theranostics（IF=8.579）上发表文章，探讨了大黄酸对结肠炎的影响并探讨其可能的机制。
技术路线图：
研究结果：
1.大黄酸能缓解DSS诱导的小鼠慢性结肠炎
我们评估大黄酸是否能在小鼠慢性结肠炎模型中发挥抗炎作用(图1A)。大黄酸100 mg/kg可减轻结肠缩短，而50 mg/kg和100 mg/kg大黄酸处理组的免疫细胞浸润和组织损伤均小于DSS组(图1C-F)。慢性DSS导致体重下降，但在大黄酸治疗后体重略有增加(图1B)。50 mg/kg和100 mg/kg 大黄酸处理均可逆转DSS引起LCN2 (小鼠肠道炎症敏感标志物)明显升高(Figure 1G)。
结肠炎也会导致促炎细胞因子或趋化因子的增加。慢性DSS导致小鼠血清中IL-17A和CXCL1显著增加(图2A-D)；文章检测了小鼠肠系膜淋巴结(MLN)中的Th17细胞（与结肠炎症密切相关）。与血清中结果相似，100 mg/kg大黄酸处理的小鼠MLN中Th17细胞减少，而50 mg/kg 大黄酸处理没有影响(图2E)。Th1/Th2细胞失衡也是结肠炎的一个重要特征。如图2F-G所示，在结肠炎期间，Th1细胞显著增多，而DSS组Th2细胞减少。大黄酸处理只降低Th1细胞。大黄酸处理对正常组没有任何明显的副作用或促炎反应(结果未显示)。这些数据表明大黄酸治疗可以改善DSS诱导的结肠炎，并且100 mg/kg大黄酸处理比50 mg/kg更有效。
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2. 大黄酸改变嘌呤代谢，降低尿酸水平
代谢变化被认为是肠病最重要的特征之一，炎症改变肠道代谢状况。文章使用非靶向代谢组学来识别在小鼠肠道中可能发生改变的关键代谢物和代谢途径。粪便中共鉴定出159种代谢物，PCA分析发现DSS组与100 mg/kg 大黄酸组之间存在差异(图3A)。并鉴定出两组间有23种差异表达的代谢物，通路富集分析发现嘌呤代谢改变比较明显(图3B)。嘌呤在细胞中执行许多重要的功能，如核酸、DNA和核酸单体前体的形成，RNA是最相关的一个(图3C)。参与嘌呤代谢的酶的平衡被破坏，就会导致过量尿酸的产生，尿酸是嘌呤代谢的最终代谢物。文章分析发现DSS导致尿酸浓度显著升高，而大黄酸降低了尿酸浓度（图3D）。综上所述，结果说明结肠炎期间嘌呤代谢途径的改变，大黄酸导致嘌呤代谢正常化和肠道尿酸水平的降低。
3.尿酸升高直接引起肠道屏障损伤
血清或尿液中尿酸浓度的升高与痛风、肾脏和血管疾病密切相关。文章检测尿酸对肠道屏障完整性的影响。尿酸处理7天没有观察到明显的炎症，少数免疫细胞浸润(图4A)。然而，肠道通透性增加(图4B)。紧密连接蛋白claudin-1和细胞粘附蛋白E-cadherin表达降低，如图4C所示。结肠黏液层是形成肠道屏障的关键成分，维持肠道稳态。文章观察到杯状细胞黏液层变薄，黏液素-2分泌减少(图4D)。大黄酸恢复了claudin-1、E-cadherin的表达和粘液分泌。人正常结肠细胞NC -460进一步验证。与体内的研究结果一致，尿酸治疗降低了claudin-1和E-cadherin的表达(图4E)。尿酸+100mg /kg大黄酸对DSS诱导的慢性结肠炎也有较强的保护作用(结果未显示)，说明尿酸不影响大黄酸的保护作用。这些数据表明，大黄酸治疗可以消除尿酸引起的肠道通透性增强
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4. 大黄酸处理改变肠道菌群组成，增加乳酸杆菌水平导致尿酸水平下降
虽然大黄酸治疗没有直接降低尿酸浓度，但它导致体内尿酸水平降低，文章推测细菌可能是导致小鼠肠道尿酸降低的主要原因。为了验证这一假设，我们利用16s核糖体RNA基因测序来确定大黄酸治疗是否会改变肠道菌群组成。PCA分析显示，每组微生物群组成的聚类不同(图5A-B)。与DSS组相比，100 mg/kg 大黄酸处理组中不同细菌属的乳酸菌表达增加(图5C)。STAMP分析和定量PCR进一步证实了这一发现(图5D-F)。结果表明，大黄酸处理后的乳酸菌数量显著增加。因此，粪便中的乳酸浓度增加(图5E)。
乳酸菌是益生菌，在嘌呤代谢中发挥关键作用(图6A)。在体外培养乳酸菌，并将上清与NCM-460细胞共培养，发现乳酸菌上清液降低了尿酸浓度，说明乳酸菌发酵产物降低尿酸的作用(图6B)。大黄酸处理没有改变乳酸菌尿酸的产生，提示尿酸水平的变化可能源于肠上皮细胞(图6C)。文章中进行粪便微生物群移植(FMT)发现DSS或100 mg/kg大黄素处理小鼠的粪便微生物被移植到DSS受体中(图7A)。正如预期的那样，FMT可降低DSS诱导的小鼠结肠炎模型中的尿酸(图6D)。这些结果表明，大黄酸可以改变肠道菌群组成，增加乳酸菌丰度，降低肠上皮细胞尿酸的产生。
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文章使用FMT(粪微生态移植)来确定大黄酸改变的肠道菌群是否对结肠炎有疗效。如图7A-E所示，FMT可以显著减轻结肠组织切片的血管收缩期结肠炎，降低免疫细胞浸润。此外，FMT组E-cadherin和claudin-1表达增加，提示黏液层厚度恢复(图7F-G)。FMT保护了肠道泄漏(图7H-I)。与DSS组相比，FMT组乳酸菌水平也出现了上调(结果未显示)。这些数据表明FMT改善了DSS诱导的结肠炎并阻止了肠道屏障的通透性;研究显示DSS治疗期间大黄酸改变的微生物群对结肠炎有益。
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